【摘 要】
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混凝土结构是现在最普遍的建筑结构形式,延长其使用寿命即提升其耐久性是建筑工程领域的重要研究热点。相比于制备混凝土的传统胶凝材料硅酸盐水泥,碱激发矿渣(AAS)作为一种绿色、环保的胶凝材料,具有低能耗、低排放、制作工艺简单等优点,社会效益和经济效益显著。造成混凝土结构长期性能劣化最主要的原因就是氯离子的侵蚀,因此本课题就碱激发矿渣固化氯离子的性能展开试验研究,为促进碱矿渣胶凝材料进一步应用提供一定的
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(51878365); 山东省自然科学基金面上项目(ZR2017MEE040);
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混凝土结构是现在最普遍的建筑结构形式,延长其使用寿命即提升其耐久性是建筑工程领域的重要研究热点。相比于制备混凝土的传统胶凝材料硅酸盐水泥,碱激发矿渣(AAS)作为一种绿色、环保的胶凝材料,具有低能耗、低排放、制作工艺简单等优点,社会效益和经济效益显著。造成混凝土结构长期性能劣化最主要的原因就是氯离子的侵蚀,因此本课题就碱激发矿渣固化氯离子的性能展开试验研究,为促进碱矿渣胶凝材料进一步应用提供一定的理论基础。本课题通过人工合成的方法制备了C-(A)-S-H和AAS净浆,对二者的氯离子固化性能和机制开展了试验研究。制备AAS净浆时,选取氢氧化钠和水玻璃作为碱性激发剂。同时设置普通硅酸盐水泥作为对照组。通过平衡法,试验研究了温度、p H值、时间、激发剂种类和碱当量对AAS固化氯离子行为的影响规律及相关机理。采用固体核磁技术(NMR)、X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、综合热分析(TG-DSC)和扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)等微观分析手段对AAS以及C-(A)-S-H的微观结构和水化产物进行研究分析;采用综合热分析技术(TG-DSC),对AAS中氢氧化钠激发矿渣(NAS)和水玻璃激发矿渣(WAS)的化学结合和物理吸附的氯离子量进行量化分析。获得的主要研究结果如下:(1)作为AAS的主要水化产物,C-(A)-S-H对氯离子的固化作用主要表现为物理吸附作用。C-(A)-S-H的吸附氯离子量随着温度的升高而增大,随着p H值的增大而减小,随时间的延长而增大,最终会达到一个平衡稳定的状态。吸附氯离子前C-S-H、C-A-S-H均呈现出类球状的圆润颗粒形貌;吸附氯离子后,C-S-H的形貌发生很大变化,变为类层状,而C-A-S-H则无明显变化;但是从整体上看,C-S-H和C-A-S-H均变得更为疏松。(2)在相同的环境下,AAS净浆固化氯离子能力大小依次为:WAS净浆>NAS净浆>OPC净浆。在2℃~60℃的范围内,三者固化氯离子量均随着温度的升高而增多,随p H值的增大而减少,随时间的延长而增多,并且在7~14天内达到动态平衡状态。(3)当在相同碱当量的情况下,WAS净浆固化氯离子的能力强于NAS净浆;随着碱当量的提高,二者激发的矿渣固化氯离子的能力也随之提高,这主要是因为碱当量的提高,促进了矿渣进一步水化。(4)AAS对氯离子的固化作用包括物理吸附作用和化学结合作用,其中物理吸附作用最为主要。二者固化的氯离子量均随着温度的升高而增加,但随着p H值的增加,物理吸附(以C-(A)-S-H的吸附为主)氯离子量降低,化学结合(以Friedel盐形式为主)氯离子量增加。(5)AAS的主要水化产物是C-(A)-S-H,并且不含有硅酸盐水泥水化产物中常见的Ca(OH)2。通过XRD和SEM确定矿渣在被氯盐侵蚀后生成Friedel盐。氯盐暴露后,碱激发矿渣的形貌由无数个小圆球颗粒堆簇变为褶皱状形貌,并且还观察到了六方片状结晶产物Friedel盐。
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